ES2596512T3

ES2596512T3 - Aluminum bronze alloy, production process and aluminum bronze product

Info

Publication number: ES2596512T3
Application number: ES14163339.6T
Authority: ES
Inventors: Björn Reetz Dr.; Thomas Plett; Hermann Gummert
Original assignee: Otto Fuchs KG
Current assignee: Otto Fuchs KG
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2017-01-10
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: RU2660543C2; KR20160125380A; EP2927335A1; US20170051385A1; WO2015150245A1; CN106133158A; US10280497B2; CN106133158B; JP2017515974A; RU2016135072A3; KR101742003B1; KR101784748B1; JP6374530B2; EP2927335B1; RU2016135072A; KR20170051547A

Abstract

Aleación de bronce de aluminio con 7,0 a 10,0 % en peso de Al; 3,0 a 6,0 % en peso de Fe; 3,0 a 5,0% en peso de Zn; 3,0 a 5,0 % en peso de Ni; 0,5 a 1,5% en peso de Si; <= 0,2% en peso de Si; <= 0,1% en peso de Pb; y el resto Cu junto con las impurezas inevitables.Aluminum bronze alloy with 7.0 to 10.0% by weight of Al; 3.0 to 6.0% by weight of Fe; 3.0 to 5.0% by weight of Zn; 3.0 to 5.0% by weight of Ni; 0.5 to 1.5% by weight of Si; <= 0.2% by weight of Si; <= 0.1% by weight of Pb; and the rest Cu along with the inevitable impurities.

Description

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Aleación de bronce de aluminio, procedimiento de producción y producto de bronce de aluminioAluminum bronze alloy, production process and aluminum bronze product

La invención se refiere a una aleación de bronce de aluminio, así como a un procedimiento de producción de una aleación de bronce de aluminio. Además, la invención trata de un producto de un bronce de aluminio de este tipo.The invention relates to an aluminum bronze alloy, as well as a method of producing an aluminum bronze alloy. In addition, the invention concerns a product of an aluminum bronze of this type.

Las exigencias a las aleaciones para aplicaciones de fricción, como se presentan por ejemplo para bujes de pistón o cojinetes axiales de un turbocargador, son múltiples. Una aleación adecuada tiene que tener un índice de fricción bajo para minimizar las pérdidas de rendimiento condicionadas por la fricción y reducir el desarrollo de calor en la zona del contacto de fricción. Además, hay que tener en cuenta que en el caso de aplicaciones típicas los partícipes de la fricción se encuentran en un entorno lubricante, en el que se exige fundamentalmente una buena capacidad de adherencia del lubricante sobre la aleación. Además, en el contacto con el lubricante bajo una solicitación de fricción se debe formar una capa tribológica estable, la cual, igualmente que la matriz de base de la aleación que se encuentra debajo, debe presentar una elevada estabilidad térmica y una buena conductividad térmica. Además, se pide un amplio espectro de capacidad de tolerancia al aceite, de modo que resulte una amplia insensibilidad de la aleación y de las capas tribológicas frente a modificaciones del lubricante.The requirements for alloys for friction applications, as presented for example for piston bushings or axial bearings of a turbocharger, are multiple. A suitable alloy must have a low friction rate to minimize the performance losses caused by friction and reduce the development of heat in the friction contact area. In addition, it should be borne in mind that in the case of typical applications the friction participants are in a lubricating environment, in which a good adhesion capacity of the lubricant on the alloy is fundamentally required. In addition, a stable tribological layer must be formed on contact with the lubricant under a friction request, which, likewise, the base matrix of the alloy below, must have high thermal stability and good thermal conductivity. In addition, a broad spectrum of oil tolerance capacity is requested, so that a wide insensitivity of the alloy and tribological layers against lubricant modifications results.

Además, el objetivo consiste en dar a conocer una aleación que pueda soportar altas solicitaciones mecánicas, la cual presente un límite de alargamiento del 0,2% suficientemente elevado como para mantener bajas las conformaciones plásticas bajo carga. Además, tiene que presentar una alta resistencia a la tracción y elevada dureza, de modo que la aleación soporte esfuerzos de abrasión y de adherencia. La capacidad de soportar esfuerzos dinámicos también debería ser tan elevada como para que presente una buena tenacidad frente a solicitaciones por golpe. Además, una tenacidad frente a la fractura lo más elevada posible ralentiza la velocidad de crecimiento de grietas que parten de microdefectos, de forma que en lo que respecta al crecimiento de defectos, se exige una aleación que esté lo más exenta posible de tensiones internas.In addition, the objective is to make known an alloy that can withstand high mechanical stresses, which has an elongation limit of 0.2% high enough to keep the plastic conformations under load low. In addition, it has to have high tensile strength and high hardness, so that the alloy supports abrasion and adhesion efforts. The ability to withstand dynamic stresses should also be so high that it has a good tenacity against stroke solicitations. In addition, a fracture toughness as high as possible slows the growth rate of cracks that start from microdefects, so that as regards the growth of defects, an alloy that is as free as possible from internal stresses is required.

Los latones especiales son con frecuencia aleaciones adecuadas para piezas sometidas a solicitaciones por fricción, los cuales contienen como componentes principales junto a cobre y cinc una aleación adicional de alguno de los elementos níquel, hierro, manganeso, aluminio, silicio, titanio o cromo. En este caso, en particular los latones al silicio satisfacen las exigencias anteriormente mencionadas, representando la aleación CuZn31Si1 una aleación estándar para aplicaciones con fricción, por ejemplo para bujes de pistón.Special brasses are often alloys suitable for parts subjected to friction stresses, which contain as their main components, together with copper and zinc, an additional alloy of some of the elements nickel, iron, manganese, aluminum, silicon, titanium or chromium. In this case, in particular the silicon brass satisfies the aforementioned requirements, the CuZn31Si1 alloy representing a standard alloy for friction applications, for example for piston bushings.

Por otra parte, es conocido utilizar los bronces de estaño, que junto a estaño y cobre presentan además níquel, cinc, hierro y manganeso, en aplicaciones con fricción o en aplicaciones para la minería. Otra clase de aleación interesante para piezas sometidas a fricción está formada por los bronces de aluminio, que junto a cobre y aluminio pueden presentar aditivos de aleación seleccionados del grupo níquel, hierro, manganeso, aluminio, silicio, estaño y cinc. En este caso, para componentes en movimiento rápido sometidos a esfuerzos de fricción, con el empleo de bronces de aluminio resulta la ventaja adicional de una reducción de peso a causa del ligero elemento aluminio. En cuanto a piezas de latón o latón cobrizo como componentes sometidos a esfuerzos de fricción, las piezas construidas en los ya conocidos bronces de aluminio únicamente son adecuadas para componentes sometidos a fricción que sólo se muevan relativamente despacio.On the other hand, it is known to use tin bronzes, which together with tin and copper also have nickel, zinc, iron and manganese, in friction applications or in mining applications. Another interesting alloy class for friction parts is aluminum bronzes, which together with copper and aluminum can have alloy additives selected from the group nickel, iron, manganese, aluminum, silicon, tin and zinc. In this case, for fast moving components subjected to frictional stresses, the use of aluminum bronzes results in the additional advantage of a reduction in weight due to the lightweight aluminum element. As for brass or copper brass parts as components subjected to frictional stresses, the parts constructed in the already known aluminum bronzes are only suitable for friction components that only move relatively slowly.

A partir del documento DE 101 59 949 C1 se conoce una utilización de una aleación de cobre-aluminio con una capa de cubrición de óxido de aluminio para su aplicación como material para cojinetes para la producción de un cojinete de fricción. Se da a conocer una proporción de aluminio de 0,01 a 20% en peso, así como la utilización de otros elementos de selección del grupo hierro, cobalto, manganeso, níquel, silicio, estaño hasta un total de máximo de 20% y, además, a elección, hasta 45% de cinc. Otras composiciones de aleación de ancha banda para bronces de silicio se describen en los documentos US 6,699,337 B2, JP 04221033 A y DE 22 39 467 A, así como JP 10298678 A.From DE 101 59 949 C1 a use of a copper-aluminum alloy with an aluminum oxide covering layer is known for its application as a bearing material for the production of a friction bearing. An aluminum proportion of 0.01 to 20% by weight is disclosed, as well as the use of other selection elements of the iron, cobalt, manganese, nickel, silicon, tin group up to a maximum total of 20% and, In addition, up to 45% zinc is chosen. Other broadband alloy compositions for silicon bronzes are described in US 6,699,337 B2, JP 04221033 A and DE 22 39 467 A, as well as JP 10298678 A.

Otra composición de aleación se conoce a partir del documento US 3 923 500.Another alloy composition is known from US 3 923 500.

Partiendo del estado actual de la técnica, descrito anteriormente a grandes rasgos, la invención tiene por objeto poner a disposición una aleación de bronce de aluminio y un producto de una aleación de bronce de aluminio, que se caractericen por propiedades mecánicas mejoradas y especialmente por una buena capacidad de ajuste de los parámetros del material a la solicitación estática y dinámica presentes. Adicionalmente, deben darse una elevada estabilidad frente a la corrosión, una buena tolerancia al aceite y una elevada estabilidad térmica, así como una suficiente conductividad térmica, al mismo tiempo que un reducido peso. Además, han de indicarse un procedimiento para la producción de una aleación de bronce de aluminio y un producto a partir de una aleación de bronce de aluminio.Starting from the current state of the art, described above in broad strokes, the invention aims to make available an aluminum bronze alloy and a product of an aluminum bronze alloy, which are characterized by improved mechanical properties and especially by a Good ability to adjust the parameters of the material to the static and dynamic solicitation present. Additionally, there must be a high stability against corrosion, a good oil tolerance and a high thermal stability, as well as a sufficient thermal conductivity, as well as a low weight. In addition, a process for the production of an aluminum bronze alloy and a product from an aluminum bronze alloy must be indicated.

El presente problema se soluciona mediante una aleación de bronce de aluminio conThe present problem is solved by an aluminum bronze alloy with

7.0 a 10,0 % en peso de Al;7.0 to 10.0% by weight of Al;

3.0 a 6,0 % en peso de Fe;3.0 to 6.0% by weight of Fe;

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3.0 a 5,0% en peso de Zn;3.0 to 5.0% by weight of Zn;

3.0 a 5,0 % en peso de Ni;3.0 to 5.0% by weight of Ni;

0,5 a1,5% en pedo de Sn;0.5 to 1.5% in Sn fart;

¿ 0,2% en peso de Si;0.2% by weight of Si;

¿ 0,1% en peso de Pb;0.1% by weight of Pb;

y el resto Cu.and the rest Cu.

Una mejora de las propiedades deseadas se puede alcanzar también si la aleación de bronce de aluminio presenta la siguiente composición:An improvement of the desired properties can also be achieved if the aluminum bronze alloy has the following composition:

7.0 a 9,0 % en peso, especialmente 7,0 a 7,8% en peso de Al;7.0 to 9.0% by weight, especially 7.0 to 7.8% by weight of Al;

4.0 a 5,0% en peso de Fe;4.0 to 5.0% by weight of Fe;

3.8 a 4,8 % en peso de Zn;3.8 to 4.8% by weight of Zn;

3.8 a 4,1 % en peso de Ni;3.8 to 4.1% by weight of Ni;

0,8 a1,3% en peso de Sn;0.8 to 1.3% by weight of Sn;

< 0,2% en peso de Si;<0.2% by weight of Si;

< 0,1% en peso de Pb;<0.1% by weight of Pb;

y el resto Cu.and the rest Cu.

En todas las composiciones de aleación que se describen en el marco de estas exposiciones descritas, pueden estar contenidas las inevitables impurezas de cada elemento de 0,05% en peso, no debiendo sobrepasar la cantidad total de las impurezas el 1,5% en peso. Sin embargo, es preferible mantener las impurezas lo más bajo posible y no sobrepasar una proporción de 0,02% en peso de cada elemento de una cantidad total de 0,8% en peso.In all the alloy compositions described in the context of these described exposures, the inevitable impurities of each element of 0.05% by weight may be contained, the total amount of impurities not exceeding 1.5% by weight. . However, it is preferable to keep the impurities as low as possible and not exceed a proportion of 0.02% by weight of each element of a total amount of 0.8% by weight.

Para una forma de ejecución particularmente ventajosa la relación entre aluminio y cinc, referida a las proporciones en peso en la aleación de bronce de aluminio, se ajusta a un intervalo de 1,4 a 3,0 y, de modo particularmente preferido, entre 1,5 y 2,0.For a particularly advantageous embodiment, the ratio between aluminum and zinc, based on the proportions by weight in the aluminum bronze alloy, is adjusted to a range of 1.4 to 3.0 and, particularly preferably, between 1 , 5 and 2.0.

El contenido de plomo de la aleación es preferentemente menor a 0,05% en peso. La aleación por lo tanto, hasta impurezas inevitables, está exenta de plomo.The lead content of the alloy is preferably less than 0.05% by weight. The alloy therefore, until inevitable impurities, is lead free.

La aleación está igualmente, hasta impurezas inevitables, exenta de manganeso. El hecho de que esta aleación presenta las propiedades particulares descritas a continuación, era también sorprendente ante la panorámica anterior de que las aleaciones de cobre poco aleadas con cinc, conocidas con anterioridad, contienen regularmente manganeso como elemento de aleación obligatorio para alcanzar las propiedades de resistencia deseadas.The alloy is also, until inevitable impurities, free of manganese. The fact that this alloy exhibits the particular properties described below, was also surprising given the above scenario that copper alloys with little zinc alloy, previously known, regularly contain manganese as an obligatory alloy element to achieve strength properties. desired.

Esencial en la aleación reivindicada es la combinación de los elementos de aleación aluminio, níquel, estaño y cinc en las proporciones descritas. Particularmente preferida es una forma de ejecución en la cual la suma de estos elementos no es menor de 15% en peso y no superior a 17,5% en peso.Essential in the claimed alloy is the combination of the aluminum, nickel, tin and zinc alloy elements in the proportions described. Particularly preferred is an embodiment in which the sum of these elements is not less than 15% by weight and not more than 17.5% by weight.

La composición de la aleación de bronce de aluminio conforme a la invención, en el caso de una conformación en caliente subsiguiente a la fusión de la aleación y a un posterior enfriamiento por debajo de 750° C, lleva a una matriz de la aleación con una fase-a dominante. Este estado se define a continuación como estado de prensado por extrusión. En este caso, la composición química de la aleación de bronce de aluminio se ajusta de tal modo, que en el estado de prensado por extrusión la proporción de la fase-p en la matriz de aleación se sitúa por debajo de 1% en volumen. Esta aleación solidifica a partir de la masa fundida casi directamente en el intervalo bifásico a-(3. Esto, en la conformación en caliente, lleva preferentemente a un prensado por extrusión indirecto, para la fase-a a una recristalización dinámica seguida de una recristalización estática, que permite la aparición de una fina estructura de aleación. Para la proporción de fase-p el proceso de recristalización transcurre en la conformación en caliente a través de un reestablecimiento dinámico seguido de una recristalización estática. Aparecen además fases-kn y/o fases-kiv con aluminuros de hierro y/o de níquel.The composition of the aluminum bronze alloy according to the invention, in the case of a hot forming subsequent to the melting of the alloy and subsequent cooling below 750 ° C, leads to an alloy matrix with a phase -a dominant. This state is defined below as the extrusion pressing state. In this case, the chemical composition of the aluminum bronze alloy is adjusted in such a way that in the state of extrusion pressing the proportion of the p-phase in the alloy matrix is below 1% by volume. This alloy solidifies from the melt almost directly in the biphasic range a- (3. This, in hot forming, preferably leads to indirect extrusion pressing, for phase-a to dynamic recrystallization followed by recrystallization static, which allows the appearance of a fine alloy structure.For the p-phase proportion the recrystallization process takes place in hot shaping through a dynamic reestablishment followed by a static recrystallization. kiv phases with iron and / or nickel aluminides.

En este caso, la estructura que se presenta en estado de prensado por extrusión no solo se determina por la elección del contenido de aluminio, sino que también por los demás elementos aleados. Para el hierro cabe suponer un efecto de afinado del grano. El estaño actúa de forma estabilizante de la fase-p antes de alcanzar el estado de prensado por extrusión con la estructura determinada esencialmente por la fase-a próxima a la zona límite a la fase mixta-a-p. En este caso, la relación elegida de aluminio a cinc ha resultado relevante para el estado de prensado por extrusión y para la capacidad de ajuste de las propiedades mecánicas por los subsiguientes pasos de tratamiento de conformación en frío y tratamiento térmico, que de ello resultan.In this case, the structure presented in the extrusion pressing state is determined not only by the choice of the aluminum content, but also by the other alloyed elements. For iron, a grain refining effect can be assumed. The tin acts as a stabilizer of the p-phase before reaching the extrusion pressing state with the structure essentially determined by the phase-to near the boundary zone to the mixed-a-p phase. In this case, the chosen ratio of aluminum to zinc has been relevant for the state of extrusion pressing and for the ability to adjust the mechanical properties by subsequent cold forming and heat treatment treatment steps, which result.

Frente a una aleación convencional empleada para piezas sometidas a solicitaciones de fricción, de tipo CuAI10N¡5Fe4, resulta ventajoso para la aleación reivindicada, que a igual conducción de la temperatura en un tratamiento térmico por encima del umbral de recristalización, ésta presenta después del enfriamiento proporciones de fase-p claramente inferiores. Por consiguiente, un producto fabricado a partir de una aleación de este tipo esCompared to a conventional alloy used for parts subject to friction stresses, of type CuAI10N5Fe4, it is advantageous for the claimed alloy, which at the same temperature conduction in a heat treatment above the recrystallization threshold, it presents after cooling clearly lower p-phase proportions. Therefore, a product made from such an alloy is

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claramente más estable a la corrosión que un producto fabricado a partir de la aleación conocida, anteriormente citada. Precisamente para tales aplicaciones, el contenido de cinc relativamente elevado resulta positivamente notorio, puesto que éste permite velocidades de deslizamiento más elevadas.clearly more stable to corrosion than a product made from the known alloy, cited above. Precisely for such applications, the relatively high zinc content is positively noticeable, since this allows higher sliding speeds.

Las investigaciones han demostrado que las particulares propiedades de la aleación de bronce de aluminio reivindicada, ya no se cumplen más, si los intervalos estrechamente reivindicados en uno o en varios de los elementos obligatorios no se alcanzan o también si se sobrepasan. Como resultado de estas investigaciones, la particular matriz de la aleación anteriormente descrita con la fase-a muy dominante y una fase-p volumétricamente presente de forma subordinada, si es que existe, solo se establece sorprendentemente en el intervalo reivindicado.Research has shown that the particular properties of the claimed aluminum bronze alloy are no longer fulfilled, if the narrowly claimed intervals in one or more of the mandatory elements are not reached or also if they are exceeded. As a result of these investigations, the particular alloy matrix described above with the very dominant phase-a and a volumetrically present p-phase in a subordinate manner, if it exists, is only surprisingly established in the claimed range.

Además de esto, se ha demostrado que partiendo del estado de prensado por extrusión es posible una elevada solidificación en frío de un producto de la aleación de bronce de aluminio conforme a la invención, que lleve a un incremento esencial del límite de alargamiento del 0,2% Rpo,2 y de la resistencia a la tracción Rm- Por esta amplia solidificación en el caso de la conformación en frío se reduce la reserva de aleación para conformaciones plásticas. La disminución del alargamiento de rotura, asociada a ello, puede ser incrementada para la aleación conforme a la invención por un recocido final en un intervalo de temperaturas de 300 a aproximadamente 500° C con un ajuste de la temperatura por debajo de la temperatura del recocido de disolución. En este caso, en el recocido final no se produce una reducción del límite de alargamiento de 0,2% y de la resistencia a la tracción, en lugar de ello tiene lugar, en contra de la esperado, un ulterior incremento de la resistencia.In addition to this, it has been shown that starting from the state of extrusion pressing a high cold solidification of an aluminum bronze alloy product according to the invention is possible, leading to an essential increase in the elongation limit of 0, 2% Rpo, 2 and tensile strength Rm- Because of this broad solidification in the case of cold forming, the alloy reserve for plastic conformations is reduced. The decrease in the elongation of rupture, associated therewith, can be increased for the alloy according to the invention by a final annealing in a temperature range of 300 to about 500 ° C with a temperature adjustment below the annealing temperature of dissolution. In this case, in the final annealing there is no reduction of the elongation limit of 0.2% and tensile strength, instead, a further increase in resistance takes place, contrary to the expected one.

Para los pasos de tratamiento térmico, que después de alcanzar el estado de presión por extrusión se realizan de manera que las temperaturas empleadas se sitúan por debajo del umbral de recristalización y dentro del intervalo de disolución de la fase-a, no tiene lugar ninguna modificación en la composición de la matriz del estado de prensado por extrusión. A pesar de ello, para un tratamiento térmico en este intervalo de temperaturas se mantiene una capacidad de ajuste de los parámetros mecánicos sorprendentemente amplia, de modo que se produce un producto de la aleación de bronce y aluminio conforme a la invención altamente solicitable y adaptable, con un limite de alargamiento de 0,2 Rpo,2 en el intervalo de 650 a 1000 MPa, una resistencia a la tracción Rm en el intervalo de 850 a 1050 MPa y un alargamiento de rotura A5 en el intervalo de 2 a 8% y preferentemente en el intervalo de 4 a 7%. Después de la conformación en caliente y en frió y después del subsiguiente recocido final resulta preferentemente un estado de aleación que presenta, además, una relación del límite de estiramiento SV en el intervalo de 85 a 95% y una dureza Brinell de 250 a 300 HB 2,5/62,5.For the heat treatment steps, which after reaching the extrusion pressure state are performed so that the temperatures used are below the recrystallization threshold and within the dissolution range of phase-a, no modification takes place in the matrix composition of the extrusion pressing state. In spite of this, a surprisingly wide mechanical parameter setting capacity is maintained for a heat treatment in this temperature range, so that a product of the bronze and aluminum alloy according to the invention is highly requested and adaptable, with an elongation limit of 0.2 Rpo, 2 in the range of 650 to 1000 MPa, a tensile strength Rm in the range of 850 to 1050 MPa and an elongation of break A5 in the range of 2 to 8% and preferably in the range of 4 to 7%. After hot and cold forming and after the subsequent final annealing, an alloy state preferably exhibits, in addition, a ratio of the stretching limit SV in the range of 85 to 95% and a Brinell hardness of 250 to 300 HB 2.5 / 62.5.

El producto de la aleación de bronce de aluminio conforme a la invención forma en contacto con una ancha banda de lubricantes bajo solicitación de fricción capas tribológicas estables, en las cuales junto a óxido de aluminio se encuentra incorporado cinc en combinación con componentes del lubricante, y en las cuales se difunde estaño que garantiza una suficiente capacidad de fricción en situación de emergencia. Además, se presentan segregaciones de fase dura en forma de fases-kn y/o fases-k|V intermetálicas con aluminuros de hierro y/o níquel, los cuales representan puntos de apoyo altamente solicitables de la capa de fricción en una matriz de base más dúctil.The product of the aluminum bronze alloy according to the invention forms contact with a wide band of lubricants under friction request, stable tribological layers, in which zinc is incorporated together with aluminum oxide in combination with lubricant components, and in which tin is diffused that guarantees sufficient friction capacity in an emergency situation. In addition, hard phase segregations are presented in the form of kn-phases and / or intermetallic-k | V phases with iron and / or nickel aluminides, which represent highly solicitable support points of the friction layer in a base matrix more ductile

Los aluminuros se forman preferentemente en los límites de grano de la matriz-a de la aleación, siendo el tamaño medio de grano de la matriz-a < 50 pm en el estado final de la aleación. Las fases- kn y/o las fases-ki intermetálicas asumen en virtud de la formación de la aleación una estructura alargada con una longitud media de < 10 pm y un volumen medio de i 1,5 pm2, teniendo lugar en el caso de una conformación en caliente por prensado de extrusión indirecto una orientación en dirección del estiramiento, la cual apenas es influenciada por la subsiguiente conformación en frío. Además, se observa una segregación adicional de aluminuros, la cual da lugar a las fases intermetálicas de forma redondeada, con una escaso tamaño medio de ¿ 0,2 pm en el estado final de la aleación, después del recocido final.The aluminides are preferably formed in the grain boundaries of the matrix-a of the alloy, with the average grain size of the matrix-a <50 pm in the final state of the alloy. The kn-phases and / or the intermetallic ki phases assume, by virtue of the formation of the alloy, an elongated structure with an average length of <10 pm and an average volume of i 1.5 pm2, taking place in the case of a hot forming by indirect extrusion pressing an orientation in the direction of stretching, which is hardly influenced by the subsequent cold forming. In addition, an additional segregation of aluminides is observed, which gives rise to the rounded intermetallic phases, with a small average size of 0.2 pm in the final state of the alloy, after final annealing.

El procedimiento conforme a la invención parte de la composición de la aleación conforme a la invención, anteriormente citada, y utiliza un procedimiento de conformación en caliente, preferentemente un prensado por extrusión indirecto después de la fusión de los componentes de la aleación. La subsiguiente conformación en frío se realiza conforme a una ejecución ventajosa en forma de estiramiento en frío con un grado de conformación en el intervalo de 5 a 30%.The process according to the invention starts from the composition of the alloy according to the invention, cited above, and uses a hot forming process, preferably an indirect extrusion pressing after melting of the alloy components. The subsequent cold forming is carried out according to an advantageous execution in the form of cold stretching with a degree of conformation in the range of 5 to 30%.

De forma particular, se prefiere una composición de la aleación, que lleve a un estado de prensado por extrusión, el cual después de un enfriamiento haga posible una conformación en frío directa, sin otro tratamiento térmico ulterior. Con ello, el estado final de la aleación de un producto de aleación de bronce de aluminio y, de modo particularmente preferido, ya del estado de prensado por extrusión, presenta una matriz-a con una proporción máxima de fase-p de 1% en volumen. Si la proporción de fase-p en el estado de prensado por extrusión es superior, puede tener lugar alternativamente un recocido de ablandamiento en un intervalo de temperaturas de 450 a 550° C entre la conformación en caliente y la conformación en frío.In particular, an alloy composition is preferred, which leads to an extrusion pressing state, which after cooling makes a direct cold forming possible, without further heat treatment. With this, the final state of the alloy of an aluminum bronze alloy product and, particularly preferably, already of the state of extrusion pressing, has a matrix-a with a maximum proportion of phase-p of 1% in volume. If the proportion of the p-phase in the extrusion pressing state is higher, a softening annealing can take place alternately in a temperature range of 450 to 550 ° C between hot forming and cold forming.

El recocido final después del paso de la conformación en frío se elige en referencia a la temperatura de tal modo, que la aleación se atempera bajo la temperatura del recocido de disolución en el intervalo de 300 a aproximadamente 500° C. Sin embargo, se prefiere una forma de ejecución en la cual este tratamiento térmico se lleva a cabo solo hasta una temperatura de máximo 400° C. Como resultado, se establece un límite de alargamientoThe final annealing after the cold forming step is chosen in reference to the temperature such that the alloy is tempered under the temperature of the solution annealing in the range of 300 to about 500 ° C. However, it is preferred an embodiment in which this heat treatment is carried out only up to a maximum temperature of 400 ° C. As a result, an elongation limit is established.

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de 0,2% en el intervalo de 650 a 1000 MPa, una resistencia a a tracción Rm en el intervalo de 850 a 1050 MPa y una alargamiento de rotura As en el intervalo de 2 a 8% y, preferentemente, en el intervalo de 4 a 7%, sin utilizar un enfriamiento controlado por la temperatura. En este caso, el recocido final influye, sobre todo, sobre el alargamiento de rotura As, de manera que éste se puede ajustar selectivamente y en forma de una amplia banda. El límite de alargamiento de 0,2% y la resistencia a la tracción Rm, partiendo de un estado de prensado por extrusión definido, se eligen especialmente por la selección del grado de conformación en el estiramiento en frío.0.2% in the range of 650 to 1000 MPa, a tensile strength Rm in the range of 850 to 1050 MPa and an elongation of breakage As in the range of 2 to 8% and, preferably, in the range of 4 at 7%, without using temperature controlled cooling. In this case, the final annealing influences, above all, on the elongation of breakage As, so that it can be adjusted selectively and in the form of a wide band. The elongation limit of 0.2% and the tensile strength Rm, based on a defined extrusion pressing state, are especially chosen by the selection of the degree of cold stretch forming.

La aleación conforme a la invención es adecuada para solicitaciones de fricción temporalmente constantes, así como en virtud de sus propiedades particulares también sobre todo para la producción de una pieza, sobre la que actúa una solicitación de fricción temporalmente variable tal como, por ejemplo, un buje de cojinete para un cojinete de un eje de pistón, un patín o una rueda helicoidal altamente solicitada por fricción. Otra posible utilización para una pieza fabricada en la aleación está representada por un cojinete axial de un turbocargador. Una solicitación por fricción temporalmente variable puede llevar también a una lubricación deficiente, siendo el contenido de estaño contenido en la aleación el que cuida de que la pieza sometida a tal solicitación cumpla también las exigencias referidas.The alloy according to the invention is suitable for temporarily constant friction solicitations, as well as by virtue of its particular properties also especially for the production of a part, on which a temporarily variable friction solicitation acts such as, for example, a bearing bushing for a piston shaft bearing, a skate or a helical wheel highly requested by friction. Another possible use for a part manufactured in the alloy is represented by an axial bearing of a turbocharger. A request for temporarily variable friction can also lead to poor lubrication, the tin content contained in the alloy which ensures that the part subjected to such solicitation also meets the aforementioned requirements.

A continuación se va a ilustrar la invención con ayuda de un ejemplo de ejecución preferido tomando como referencia las figuras. Éstas muestran:The invention will now be illustrated with the aid of a preferred embodiment example with reference to the figures. These show:

La Figura 1: una fotografía tomada por microscopía electrónica de rastreo de la aleación de bronce de aluminio conforme a la invención con 3000 aumentos.Figure 1: a photograph taken by scanning electron microscopy of the aluminum bronze alloy according to the invention with 3000 magnifications.

La Figura 2: una fotografía tomada por microscopía electrónica de rastreo de la aleación de bronce de aluminio conforme a la invención con 6000 aumentos.Figure 2: a photograph taken by scanning electron microscopy of the aluminum bronze alloy according to the invention with 6000 magnifications.

La Figura 3: una fotografía tomada por microscopía electrónica de rastreo de la aleación de bronce de aluminio conforme a la invención con 9000 aumentos.Figure 3: a photograph taken by scanning electron microscopy of the aluminum bronze alloy according to the invention with 9000 magnifications.

Para un ejemplo de ejecución de la invención, la composición de la aleación se fundió y, mediante una colada continua vertical a una temperatura de colada de 1170° C y una velocidad de colada de 60 mm/min, a una temperatura de prensado de 900° C, se conformó en caliente.For an exemplary embodiment of the invention, the alloy composition was cast and, by continuous vertical casting at a casting temperature of 1170 ° C and a casting rate of 60 mm / min, at a pressing temperature of 900 ° C, hot formed.

La aleación referida tiene la siguiente composición:The referred alloy has the following composition:

Cu Cu: Zn Pb Sn Fe Mn Ni Al Zn Pb Sn Fe Mn Ni Al

Resto Rest: 4,64 0,01 1,01 4,08 0,03 3,90 7,30 4.64 0.01 1.01 4.08 0.03 3.90 7.30

La aleación de ensayo que después del enfriamiento se presenta en estado de prensado por extrusión se caracterizó mediante fotografías por microscopía electrónica de rastreo y análisis de energías dispersas (EXD), presentándose después del enfriamiento el estado del material que se muestra en las figuras 1 y 2. Las fotografías representadas en las figuras 1 y 2 con contraste electrónico secundario en las ampliaciones de 3000 y 6000 aumentos muestran una fase-a, que forma la matriz de la aleación, y segregaciones de fase dura en forma de fases- kn y fases-kiv, constituidas por aluminuros de hierro y níquel y que se depositan sobre todo en los límites de grano. Además, la fotografía que se muestra en la figura 3 con 9000 aumentos documenta que, además, existen segregaciones de fase dura con un tamaño medio de < 0,2 pirn.The test alloy that after cooling is presented in the state of extrusion pressing was characterized by photographs by scanning electron microscopy and dispersed energy analysis (EXD), after presenting the state of the material shown in Figures 1 and 2. The photographs shown in Figures 1 and 2 with secondary electronic contrast in the magnifications of 3000 and 6000 magnifications show a phase-a, which forms the alloy matrix, and hard phase segregations in the form of kn-phases and phases -kiv, constituted by iron and nickel aluminides and which are deposited mainly in the grain boundaries. In addition, the photograph shown in Figure 3 with 9000 magnifications documents that, in addition, there are hard phase segregations with an average size of <0.2 pyrn.

Para la fase-a las mediciones EDX dieron por término medio una composición química con 84,2% en peso de Cu, 5,0% en peso de Zn, 4,4% en peso de Fe, 3,4% en peso de Ni, 2,8% en peso de Al y 0,1% en peso de Si. Para las fases-kn examinadas se encontró en el estado de prensado por extrusión la composición media de 15,2% en peso de Cu, 2,4% en peso de Zn, 67,6% en peso de Fe, 9,4% en peso de Ni, 4,7% en peso de Al y 0,7% en peso de Si. Además se midió la proporción de las fases intermetálicas con 7% en volumen, mientras que la proporción de fase-p en estado de prensado por extrusión se situaba por debajo de 1% en volumen. Las mediciones de los estados del material resultante después de los pasos de conformación en frío y de tratamiento térmico representados a continuación no dieron como resultado variación alguna de la composición de las fases.For the phase-to EDX measurements they gave on average a chemical composition with 84.2% by weight of Cu, 5.0% by weight of Zn, 4.4% by weight of Fe, 3.4% by weight of Ni, 2.8% by weight of Al and 0.1% by weight of Si. For the kn-phases examined, the average composition of 15.2% by weight of Cu, 2.4% by weight of Zn, 67.6% by weight of Fe, 9.4% was found in the pressing state by extrusion by weight of Ni, 4.7% by weight of Al and 0.7% by weight of Si. In addition, the proportion of intermetallic phases was measured with 7% by volume, while the proportion of p-phase in the state of extrusion pressing was below 1% by volume. Measurements of the states of the resulting material after the cold forming and heat treatment steps shown below did not result in any variation in the composition of the phases.

Para el ajuste de las propiedades mecánicas partiendo del estado de prensado por extrusión determinado esencialmente por la composición química de la aleación de bronce de aluminio, se efectuó un recocido de ablandamiento a 550° C y a continuación una conformación en frío en forma de un estiramiento. Para ello, los productos intermedios sometidos al recocido de ablandamiento se prepararon para el estiramiento en frío en un baño de jabón a 50° C. Como parámetros de proceso se eligieron para el estiramiento diferentes disminuciones de sección (QM) de 8 a 25%. En un paso de tratamiento final se efectuó un recocido final de los productos de bronce de aluminio conformados a 380° C durante 5 horas, resultando por término medio las propiedades mecánicas recopiladas en la Tabla 1 para el límite de alargamiento de 0,2% Rpo,2, la resistencia a la tracción Rm, el alargamiento de rotura As, la dureza Brinell HB y la relación de límite elástico:For the adjustment of the mechanical properties based on the extrusion pressing state determined essentially by the chemical composition of the aluminum bronze alloy, a softening annealing was carried out at 550 ° C and then a cold forming in the form of a stretch. For this, the intermediate products subjected to softening annealing were prepared for cold stretching in a 50 ° C soap bath. Different process decreases (QM) from 8 to 25% were chosen as the process parameters. In a final treatment step, final annealing of the aluminum bronze products formed at 380 ° C for 5 hours was carried out, resulting in an average mechanical properties compiled in Table 1 for the elongation limit of 0.2% Rpo , 2, the tensile strength Rm, the elongation of breakage As, the Brinell hardness HB and the elastic limit ratio:

Estado State: Rp0,2 ÍMPal Rm ÍMPal As [%1 HB 2,5/62,5 SV [%] Rp0.2 ÍMPal Rm ÍMPal As [% 1 HB 2.5 / 62.5 SV [%]

Estado de prensado por extrusión Extrusion Press Status: 360 690 26 176 48,8 360 690 26 176 48.8

Conformación en frío 8% QM Cold forming 8% QM: 700 810 9,6 211 85,7 700 810 9.6 211 85.7

Conformación en frío 15% QM Cold forming 15% QM: 840 840 6,1 225 86,9 840 840 6.1 225 86.9

Conformación en frío 20% QM 20% QM cold forming: 850 930 5,5 233 91,2 850 930 5.5 233 91.2

Conformación en frío 25% QM Cold forming 25% QM: 830 950 3,9 242 87,0 830 950 3.9 242 87.0

Recocido final 380° C/5h (después de 8% QM) Final annealing 380 ° C / 5h (after 8% QM): 830 870 5,9 250 95,1 830 870 5.9 250 95.1

Recocido final 380° C/5h (después de 15% QM) Final annealing 380 ° C / 5h (after 15% QM): 810 900 6,5 260 90,3 810 900 6.5 260 90.3

Recocido final 380° C/5h (después de 20% QM) Final annealing 380 ° C / 5h (after 20% QM): 850 930 5,5 275 91,2 850 930 5.5 275 91.2

Recocido final 380° C/5h (después de 25% QM) Final annealing 380 ° C / 5h (after 25% QM): 940 1000 2,5 291 94,1 940 1000 2.5 291 94.1

El recocido final para establecer el estado final de aleación de los productos en bronce de aluminio se siguió llevando a cabo para varias series de mediciones por debajo de la temperatura del recocido de ablandamiento o de disolución. Para los ensayos se eligieron preferentemente temperaturas para el recocido final en el intervalo de 300 a 400° C, lo cual en combinación con una variación de los grados de estiramiento de la conformación en frío precedente, se puede ajustar una banda de gran amplitud para las propiedades mecánicas del estado final de la aleación, sin aplicar medidas complejas para el enfriamiento controlado por la temperatura.The final annealing to establish the final alloy state of the aluminum bronze products was continued for several series of measurements below the softening or dissolution annealing temperature. For the tests, temperatures were preferably chosen for the final annealing in the range of 300 to 400 ° C, which in combination with a variation of the degrees of stretching of the preceding cold forming, a band of great amplitude can be adjusted for mechanical properties of the final state of the alloy, without applying complex measures for temperature controlled cooling.

La descripción de la invención, también con ayuda del ejemplo de ejecución concreto, pone claramente de manifiesto que las particulares propiedades positivas de la invención reivindicada, ante el panorama de las publicaciones del estado de la técnica, no eran de esperar en el estrecho intervalo de los elementos que participan en la aleación. Por lo tanto, fue sorprendente para el inventor comprobar que por el ajuste de los parámetros de la aleación en el intervalo reivindicado hayan mejorado de tal manera, frente a los datos conocidos a partir de las aleaciones conocidas con anterioridad. Esto también es válido en lo referente a la capacidad de elaboración sorprendentemente buena de esta aleación para ajustar las deseadas propiedades de resistencia.The description of the invention, also with the aid of the specific exemplary embodiment, clearly shows that the particular positive properties of the claimed invention, given the panorama of the prior art publications, were not expected in the narrow range of the elements that participate in the alloy. Therefore, it was surprising for the inventor to verify that by adjusting the parameters of the alloy in the claimed range they have improved in such a way, compared to the known data from the alloys known previously. This also applies to the surprisingly good workability of this alloy to adjust the desired strength properties.

Claims

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

1. Aleación de bronce de aluminio con1. Aluminum bronze alloy with

7.0 a 10,0 % en peso de Al;7.0 to 10.0% by weight of Al;

3.0 a 6,0 % en peso de Fe;3.0 to 6.0% by weight of Fe;

3.0 a 5,0% en peso de Zn;3.0 to 5.0% by weight of Zn;

3.0 a 5,0 % en peso de Ni;3.0 to 5.0% by weight of Ni;

0,5 a 1,5% en peso de Si;0.5 to 1.5% by weight of Si;

< 0,2% en peso de Si;<0.2% by weight of Si;

< 0,1% en peso de Pb;<0.1% by weight of Pb;

y el resto Cu junto con las impurezas inevitables.and the rest Cu along with the inevitable impurities.

2. Aleación de bronce de aluminio según la reivindicación 1 con2. Aluminum bronze alloy according to claim 1 with

7.0 a 7,8% en peso de Al;7.0 to 7.8% by weight of Al;

4.0 a 5,0% en peso de Fe;4.0 to 5.0% by weight of Fe;

3.8 a 4,8 % en peso de Zn;3.8 to 4.8% by weight of Zn;

3.8 a 4,1 % en peso de Ni;3.8 to 4.1% by weight of Ni;

0,8 a1,3% en peso de Sn;0.8 to 1.3% by weight of Sn;

< 0,2% en peso de Si;<0.2% by weight of Si;

< 0,1% en peso de Pb;<0.1% by weight of Pb;

3. Aleación de bronce de aluminio según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por que la relación entre aluminio y cinc referida a las proporciones en peso de la aleación de bronce de aluminio se sitúa en un intervalo de 1,4 a 3,0 y, de modo particularmente preferido, entre 1,5 y 2,0.3. Aluminum bronze alloy according to one of claims 1 or 2, characterized in that the ratio between aluminum and zinc referred to the proportions by weight of the aluminum bronze alloy is in a range of 1.4 to 3, 0 and, particularly preferably, between 1.5 and 2.0.

4. Producto de bronce de aluminio con una composición de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el producto, por un recocido final subsiguiente a una conformación en frío por debajo de la temperatura de disolución en un intervalo de 300 a 500° C, lleva a un estado de aleación que se ajusta de tal modo que el límite de alargamiento de 0,2% Rpo,2 se sitúa en el intervalo de 650 a 1000 MPa, la resistencia a tracción Rm se sitúa en el intervalo de 850 a 1050 MPa y la rotura de alargamiento se sitúa en el intervalo de 2 a 8 % y preferentemente en el intervalo de 4 a 7%.4. Aluminum bronze product with an alloy composition according to one of claims 1 to 3, characterized in that the product, by a subsequent annealing after cold forming below the dissolution temperature in a range of 300 to 500 ° C, leads to an alloy state that is adjusted in such a way that the elongation limit of 0.2% Rpo, 2 is in the range of 650 to 1000 MPa, the tensile strength Rm is in the range from 850 to 1050 MPa and the elongation break is in the range of 2 to 8% and preferably in the range of 4 to 7%.

5. Producto de bronce de aluminio según la reivindicación 4, caracterizado por que en estado de aleación la relación del límite elástico SV se sitúa en el intervalo de 85 a 97%.5. Aluminum bronze product according to claim 4, characterized in that in an alloy state the ratio of the elastic limit SV is in the range of 85 to 97%.

6. Producto de bronce de aluminio según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado por que en estado de aleación la dureza se sitúa en el intervalo de 250 a 300 HB 2,5/62,5.6. Aluminum bronze product according to one of claims 4 or 5, characterized in that in an alloy state the hardness is in the range of 250 to 300 HB 2.5 / 62.5.

7. Producto de bronce de aluminio según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que en estado de aleación se presenta una matriz-a con una proporción máxima de fase-p de 1% en volumen.7. Aluminum bronze product according to one of claims 4 to 6, characterized in that in the alloy state a matrix-a is presented with a maximum phase-p proportion of 1% by volume.

8. Producto de bronce de aluminio según la reivindicación 7, caracterizado por que en estado de aleación el tamaño medio de grano de la matriz-a es < 50 pm.8. Aluminum bronze product according to claim 7, characterized in that in an alloy state the average grain size of the matrix-a is <50 pm.

9. Producto de bronce de aluminio según una de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado por que en estado de aleación existen fases-kM y/o fases-kiv intermetálicas con aluminuros de hierro y/o níquel.9. Aluminum bronze product according to one of claims 4 to 8, characterized in that in the alloy state there are kM phases and / or intermetallic kiv phases with iron and / or nickel aluminides.

10. Producto de bronce de aluminio según la reivindicación 7, caracterizado por que en estado de aleación las fases-kn y/o fases-kiv intermetálicas presentan una forma alargada con una longitud media de < 10 pm y un volumen medio de <1,5 pm210. Aluminum bronze product according to claim 7, characterized in that in an alloy state the inter-metallic phases-kn and / or kiv phases have an elongated shape with an average length of <10 pm and an average volume of <1, 5 pm2

11. Producto de bronce de aluminio según una de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque en estado de aleación se presenta adicionalmente una segregación de alumínido con una forma redondeada y con un tamaño medio de < 0,2 pm.11. Aluminum bronze product according to one of claims 4 to 10, characterized in that in the alloy state there is additionally a segregation of aluminide with a rounded shape and with an average size of <0.2 pm.

12. Producto de bronce de aluminio según una de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque el producto es una pieza expuesta a una solicitación de fricción temporalmente variable, especialmente un buje de cojinete, un patín, una rueda helicoidal o un eje axial para un turbocargador.12. Aluminum bronze product according to one of claims 4 to 11, characterized in that the product is a piece exposed to a temporarily variable friction request, especially a bearing bushing, a skate, a helical wheel or an axial axis for a turbocharger

13. Procedimiento para la producción de un producto a partir de un bronce de aluminio con los pasos:13. Procedure for the production of a product from an aluminum bronze with the steps:

- preparación de una pieza bruta de moldeo a partir de un material en fusión con los componentes de aleación- preparation of a molding blank from a fusion material with the alloy components

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

7.0 a 10,0 % en peso de Al;7.0 to 10.0% by weight of Al;

3.0 a 6,0 % en peso de Fe;3.0 to 6.0% by weight of Fe;

3.0 a 5,0% en peso de Zn;3.0 to 5.0% by weight of Zn;

3.0 a 5,0 % en peso de Ni;3.0 to 5.0% by weight of Ni;

< 0,2% en peso de Si;<0.2% by weight of Si;

< 0,1% en peso de Pb;<0.1% by weight of Pb;

y el resto Cu junto con las impurezas inevitables;and the rest Cu along with the inevitable impurities;

- conformación en caliente de la pieza bruta de moldeo para dar un producto intermedio; conformación en frío del producto intermedio, y- hot forming of the molding blank to give an intermediate product; cold forming of the intermediate product, and

- recocido final del producto por debajo de la temperatura de disolución en un intervalo de temperaturas de 300 a 500° C, por lo que después del recocido final el límite de alargamiento de 0,2% Rp0,2 se sitúa en el intervalo de 650 a 1000 MPa, la resistencia a tracción Rm se sitúa en el intervalo de 850 a 1050 MPa y la rotura de alargamiento se sitúa en el intervalo de 2 a 8 % y, preferentemente, en el intervalo de 4 a 7%.- final annealing of the product below the dissolution temperature in a temperature range of 300 to 500 ° C, so that after the final annealing the elongation limit of 0.2% Rp0.2 is in the range of 650 at 1000 MPa, the tensile strength Rm is in the range of 850 to 1050 MPa and the elongation break is in the range of 2 to 8% and, preferably, in the range of 4 to 7%.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado por que el material fundido para la preparación de la pieza bruta de moldeo presenta la siguiente composición:14. Method according to claim 13, characterized in that the molten material for the preparation of the molding blank has the following composition:

7.0 a 7,8% en peso de Al;7.0 to 7.8% by weight of Al;

4.0 a 5,0% en peso de Fe;4.0 to 5.0% by weight of Fe;

3.8 a 4,8 % en peso de Zn;3.8 to 4.8% by weight of Zn;

3.8 a 4,1 % en peso de Ni;3.8 to 4.1% by weight of Ni;

0,8 a 1,3% en peso de Sn;0.8 to 1.3% by weight of Sn;

< 0,2% en peso de Si;<0.2% by weight of Si;

< 0,1% en peso de Pb;<0.1% by weight of Pb;

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 ó 14, caracterizado porque la conformación en caliente se efectúa como prensado por extrusión indirecto.15. Method according to one of claims 13 or 14, characterized in that the hot forming is carried out as pressing by indirect extrusion.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por que la conformación en frío se efectúa en forma de estiramiento en frío con un grado de conformación de 5 a 30%.16. Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that the cold forming is carried out in the form of cold stretching with a degree of conformation of 5 to 30%.